Устройство для измерения вибраций

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН Ия К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союа Советских Социалистических Республик(51) М К, зб 01 В 11/00 с присоединением заявкиГосударстееииый комитет СССР по аелам изобретений и открытий(45) Дата опубликования описания 07.03.8) Авторы изобретен Рево, люциитвен ный С, Анчуткин и В. И. Ш дена Ленина, ордена О удового Красного Знам иверситет им. М. В. Л ьгауз(71) Заявител осковский о и ордена Тр ктябрьско ни госуда моносова ЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВИБРАЦИЙ) УСТРОЙ Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к приборам для измерения параметров механических вибраций.Известны лазерные устройства для регистрации вибраций тел, содержащие высокомонохроматический источник света, интерферометр, в котором осуществляется двух- лучевое освещение образца, пространственный фильтр, фотоприемник и регистратор 1.Недостатками известных устройств являются необходимость согласования системы интерференционных полос с пространственным фильтром и трудность использования устройства при регистрации вибраций шероховатых тел.Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройстводля измерения вибраций, содерцащее последовательно установленные монохроматический источник излучения и объектив, последовательно установленные диафрагму, светофильтр, фотоприемник и регистрирующую систему, второй объектив и решетку 2.Недостатком этого устройства является необходимость согласования пространственного фильтра с системой интерференционных полос по периоду и направлению в пространстве, что создает технические трудности при юстировке прибора. Кроме того, для измерения абсолютных величин амплитуд колебаний необходимо также для 5 каждого конкретного объекта исследованияполучить калибровочное соотношение, зависящее от качества юстировки прибора. Все это приводит к снижению точности измерений.1 О Целью изобретения является повышениеточности измерения.Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено вибратором, жестко соединенным с решеткой, выполненной с чере дующпмися отражающими и пропускающими штрихами и установленной между источником излучения и первым объективом отражающим покрытием к объективу, а второй объектив размещен в ходе отраженного от решетки излучения перед диафрагмой.На чертеже приведена функциональнаясхема предлагаемого устройства.Устройство содержит монохроматическийисточник 1 излучения, например стабилизированный по амплитуде и частоте газовый лазер, дифракционную решетку 2 с чередующимися зеркально отражающими и пропускающими штрихами, вибратор 3, жестко ЗО соединенный с решеткой 2, объектив 4.3 ер 81107255 6 о 65 кальное покрытие отражающих штрихов решетки 2 обращено в сторону объектива 4. Шероховатый объект 5 исследования помещается в задней фокальной плоскости объектива 4, решетка 2 - в передней, В состав устройства также входят второй объектив б, диафрагма 7, интерференционный светофильтр 8 на длину волны излучения источника 1 излучения, фотоприемник 9 и регистрирующая система 10.Устройство работает следующим образом, Параллельный пучок света от источника 1 падает на дифракционную решетку 2, расположенную в передней фокальной плоскости объектива 4. В задней фокальной плоскости объектива 4, где расположена рассеивающая поверхность объекта 5, получается распределение освещенности, представляющее собой спектр Фурье решетки 2. При гармонической решетке этот спектр, как известно, имеет три составляющие 0 и +1 дифракционные порядки. Для прямоугольной решетки спектр Фурье имеет много порядков. В этом случае высшие дифракциснные максимумы могут быть перекрыты с помощью диафрагмы, расположенной вблизи исследуемого объекта (на чертеже не показано). Таким образом, на рассеивающей поверхности удается реализовать распределение освещенности в виде трех световых пятен (трехлучевое освещенне), размеры и расстояние между центрами которых можно изменять, варьируя фокуснос расстояние объектива, ширину входного пучка света и период решетки. (Мокно применять также двухлучевое освещение, перекрыв диафрагмой один из 1-ых дифракционных порядков). Для рассматриваемой геометрии устройства при регистрации вибраций шероховатого тела световое поле, рассеянное объектом, образует в плоскости решетки 2 пятнистую структуру, изрезанную системой интерференционных полос. Период интерференционных полос совпадает с периодом решетки, а их фаза в каждом пятне случайна, Таким образом, в устройстве осуществляется автоматическое согласование системы интерференционных полос с пространственным фильтром, в качестве которого выступает дифракционная решетка 2,Слабые поперечные гармонические возмущения рассеивающей поверхности, длина волны которых гораздо больше расстояния между соседними порядками в спектре дифракционной решетки, вызывают колебательное движение системы интерференционных полос относительно штрихов решетки. Указанное явление приводит к модуляции светового потока, отраженного решеткой 2 в сторону объектива б, который формирует изображение решетки в плоскости диафрагмы 7, расположенной в непосредственной близости от светофильтра 8 и фото 5 10 15 20 25 зо 35 40 45 5 О приемййка 9. Фотоприемник 9 осуществля ет преобразование изменений светового потока в эквивалентные изменения фототока.Дифракционная решетка 2 приводится с помощью вибратора 3 в колебательное двикение, частота и амплитуда которого известна. При этом выходной сигнал фотоприемника для предлагаемого устройства имеет вид У (1) = С ( - соз Ш + - соз в,1, (1)л где С - неизвестная заранее постоянная, зависящая от характера объекта и качества настройки устройства; а - амплитуда относительного поперечного смещения точек исследуемой поверхности, соответствующих координатам 0-го и 1-го порядка в спектре решетки; Х - длина волны излучения источника; 6 - амплитуда колебаний решетки; Л - период решетки; й - частота колебаний объекта; оо - частота колебаний решетки.Приведенная формула справедлива при колебаниях объекта и решетки с малыми амплитудами1, 1 Если эти условия не выполнены, сигнал У(1) (1) выражается через функции Бесселя. Выделив обычными радиотехническими средствами сигналы частотой Й и оо и измерив их амплитуды, можно исключить неизвестную постоянную С, что позволяет производить абсолютные измерения величины а. Пусть отношение амплитуд гармонических составляющих на частоте сигнала О и на частоте сто равно А. Тогда(.Ьа=А Таким образом, выполнение решетки с чередующимися отражающими и пропускающими штрихами в сочетании с вибратором в устройстве обеспечивает повышение точности измерения вибраций,Формула изобретения Устройство для измерения вибраций, содержащее последовательно установленные монохроматический источник излучения и объектив, последовательно установленные диафрагму, светофильтр, фотоприемник и регистрирующую систему, второй объектив и решетку, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено вибратором, жестко соединенным с решеткой, выполненной с чередующимися отражающими и пропускающими штрихами, и установленный между источником излучения и первым объективом отражающим покрытием к объективу, а второй объ811072 Составитель В, Рыкова Техред И. Заболотнова едактор Т, Зубкова орректоры: В, Нам и А. Галахова Заказ 357/10 Изд.189 Тираж 661НПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и113035, Москва, Ж, Раушская иаб д. 4/5 одписноекрытий Типография, пр. Сапунова,5 ектив размещен в ходе отраженного от ре. щетки излучения перед диафра 1 Мой. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе